山脊線山谷線提取實驗報告

1、山脊線山谷線提取實驗報告實驗內容描述： 山脊線和山谷線構成了地形起伏變化的分界線（骨架線），因此它對于地形地貌研究具有重要意義；另一方面，對于水文物理過程研究而言，由于山脊、山谷分別代表示分水性與匯水性，山脊線和山谷線的提取實質上也是分水線與匯水線的提取。 本次實驗通過某區(qū)域柵格DEM掌握山脊線和山谷線這兩個基本地形特征信息的理論及其基于DEM的提取方法與原理；同時，熟練掌握利用ArcGIS軟件對這兩個地形特征信息的提取方法。 實驗原理：1.本實驗基于規(guī)則格網DEM數(shù)據(jù)使用平面曲率與坡形組合法提取山脊線和山谷線，首先利用DEM數(shù)據(jù)提取地面的平面曲率及地面的正負地形，取正地形上平面曲率的大值即為

2、山脊，負地形上平面曲率的大值為山谷。實際應用中，由于平面曲率的提取比較繁瑣，而坡向變率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，提取過程中可以SOA代替平面曲率。2.主要用到以下理論知識：1）坡向變率：是指在提取坡向基礎上，提取坡向的變化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反應等高線彎曲程度；2）反地形DEM數(shù)據(jù)：求取原始DEM數(shù)據(jù)層的最大高程值，記為H，通過公式（H-DEM），得到與原來地形相反的DEM數(shù)據(jù)層，即反地形DEM數(shù)據(jù)；3）地面坡向變率SOA：地面坡向變率在所提取的地表坡向矩陣的基礎上沿襲坡度的求算原理，提取地表局部微小范圍內坡向的最

3、大變化情況。但是SOA在提取過程中在北面坡將會有誤差產生，所以要將北坡坡向的坡向變率誤差進行糾正，其公式為：SOA=( SOA1+ SOA2 )-Abs( SOA1- SOA2 )/2其中：SOA1為原始DEM數(shù)據(jù)層坡向變率，SOA2為反地形DEM數(shù)據(jù)層坡向變率。4）焦點統(tǒng)計5）ArcScan自動矢量化流程圖、實驗步驟：1. 相對路徑2. 加載數(shù)據(jù)3. 提取原始dem的坡向（利用dem數(shù)據(jù)-空間分析-表面分析-坡度工具，命名為Aspect）4. 提取原始DEM數(shù)據(jù)的坡向變率（利用3中生成的Aspect圖層-空間分析-表面分析-坡度工具，命名為SOA1）5. 提取反地形DEM數(shù)據(jù)（柵格計算器-輸

4、入公式H-DEM）1） 找出DEM最大高程值（右鍵屬性-找出數(shù)據(jù)源中最大值為1153.791870117188）2） 柵格計算器提取反地形DEM數(shù)據(jù)（輸入公式1153.791870117188 - dem，命名為INdem）6. 提取反地形DEM數(shù)據(jù)的坡向值7. 計算反地形DEM數(shù)據(jù)的坡向變率8. 計算進行誤差糾正的地面坡向變率（柵格計算器-輸入公式(SOA1 + SOA2) - Abs(SOA1 - SOA2) / 2）9. 鄰域分析（原始dem-鄰域分析-焦點統(tǒng)計focal statistics（統(tǒng)計原始dem的平均值）-設置統(tǒng)計類型為平均值mean，鄰域類型為矩形(也可為圓形)，鄰域大小

5、為3*3（我發(fā)現(xiàn)鄰域越大越模糊）(11*11)，則可得到一個鄰域為3*3(11*11)的矩形的平均數(shù)據(jù)層，命名為mean10. 計算正負地形分布區(qū)域（空間分析-地圖代數(shù)-柵格計算器-輸入公式為dem - mean，命名為Dvalue(差值)）11. 利用柵格計算器提取山脊線（公式為SOA 70 & Dvalue 0這是錯的！要加括號！(SOA 70) &( Dvalue 0)）和山谷線（(SOA 70) & (Dvalue 0)）12.利用ArcScan自動矢量化得到山脊線山谷線的矢量圖層1） 在ArcCatalog中新建（方法有兩種：右擊文件夾-new-shapefile！或者是右擊geod

6、atabase-new-feature class（新建要素類）山脊線圖層（名稱為shanjiline，類型為線）方法1：new-shapefile方法2：new-feature class（但是這種方法下的線圖層，在自動矢量化山脊線后無法讀到這個圖層，所有還是選擇方法1-這是因為柵格圖層和矢量圖層不能放在同一個geodatabase里面么？）2） 打開開始編輯3）勾選擴展工具中的自動矢量化工具ArcScan4)在菜單欄空白處右擊勾選ArcScan，打開ArcScan工具條-單擊自動矢量化下的生成要素打開生成要素對話框即可生成自動矢量化后的矢量山脊線5) 用同樣的方法生成矢量山谷線13.制作立體圖。用三維分析-表面分析-Hillshade工具基于原始DEM數(shù)據(jù)-做出山體陰影圖層，調節(jié)各圖層顏色和線寬，并用effect工具調節(jié)山體陰影圖層、山脊線、山谷線圖層透明度，得到最終結果。14. 制作專題圖15.導出為灰度圖像實驗小結1. 實驗前要了解兩地形特征的特性（這個實驗山脊線和山谷線即坡向改變最大的地方，山脊線高程比其鄰域范